Si formò inizialmente nella bottega del padre orafo, per poi passare in quella di Andrea del Verrocchio. I primi lavori furono eseguiti nell’entroterra fiorentino, come gli affreschi della Pieve di Cercina (1471-72), prima opera nota dell’artista. A Firenze fu ingaggiato nella decorazione della cappella dei Vespucci nella chiesa di Ognissanti e, nel 1475, a San Gimignano dove mise mano alla prima importante commissione, le Storie di santa Fina per la Collegiata. Terminati i lavori, intraprese un viaggio a Roma, durante il quale realizzò varie opere, purtroppo perdute. Domenico fece parte del team di artisti chiamati a Roma per affrescare la Cappella Sistina nel 1481 ma il suo nome è legato principalmente ai celebri cicli della cappella Sassetti in Santa Trinita e della cappella Tornabuoni in Santa Maria Novella. Il pittore, che fu anche un abile ritrattista, morì a soli 45 anni di febbri pestilenziali, mentre stava lavorando ad alcuni mosaici per Siena. Fu sepolto in Santa Maria Novella, nel terzo avello lungo la parete destra della chiesa dove, un tempo, campeggiava un suo  ritratto. Nella sua bottega lavorò il giovane Michelangelo.